改善大型鸡舍空气质量的探讨

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(哈尔滨理工大学机械动力与工程学院，哈尔滨 150080)

0 引 言

现代化大型鸡舍多采用高密度饲养，鸡舍内容易产生氨气、硫化氢 、二氧化碳、一氧化碳、甲烷等有害气体[1]。此外，还有少量的有机酸、含硫化合物、胺、吲哚等有害物质。这些物质主要由鸡的粪便、饲料残渣、垫草等物质腐败后分解产生、鸡的呼吸及其体表面散发形成的。氨气无色，但具有强烈的刺激性，舍内氨气常溶解或吸附于潮湿的地面、墙表及家禽的黏膜上，引起既角膜、结膜炎症，鸡因无法睁眼导致摄食量下降，吸入肺部，会引起呼吸道黏膜充血、红肿，分泌物增多，甚至肺部充血，降低免疫力，使发病率增加[2]。

鸡舍内的通风系统是为了保证舍内的温度[3]、相对湿度及有害气体的浓度在允许范围内，清除室内多余的热量、湿量、灰尘及气味，同时，稀释空气中的细菌，满足不同季节的不同温度、相对湿度、风速，适合不同生长期和密度的家禽，使其能够健康地成长[4]。通风系统风量的大小直接影响鸡舍通风效果，若风量过小，会导致通风不利，影响鸡的生长和质量；风量过大会使鸡有吹风感及费用的增加。合理设置通风口的入射角度、数量及大小，调整风机的流量及开启时间，在最短时间内置换掉鸡舍内的有害气体。

1 数学模型

实验鸡舍占地面积为100×12.8 m，把整个鸡舍的四分之一区域作为研究对象，模拟区域长宽高分别为25×12.8×4.88 m。

图1 通风鸡舍的数学模型

物理假设：(1)空气为恒定流动，即满足方程[5]：

p=p(x,y,z)

ρ=ρ(x,y,z)

v=v(x,y,z)

(1)

(2)忽略鸡舍的漏风，满足质量守恒方程[6]，即：

(3)忽略浮生力，只考虑重力影响，伯努利方程[5]简化为：

(3)

(4)流动满足动量方程[5]：

∑F=ρqv(α02v2-α01v1)

(4)

数学求解：因为雷诺数

Re=7 000>2 340

所以流动属于湍流状态，求解这类问题要运用三维非稳态的N-S方程[7]：

(5)

2 改变风机流量对大空间空气质量的影响

采用一个进风口，一个出风口的通风方式，入口直径d1=0.60m，圆心距离地面的高度为h1=1.80m，出口直径d2=0.90m，圆心距离地面的高度d2=0.90m，圆心在同一个y～z平面上，分析流场效果图时，仅有平行于地面x-y平面上的流场效果比较直观，因此，对此平面进行着重分析，比较流量分别为60m3、90m3和150m3时的流场流动情况。

图1 流量为60 m3速度分布云图

图2 流量为90 m3速度分布云图

图3 流量为150 m3速度分布云图

图1-图3为三种不同流量情况下的速度云图。比较这三种不同流量的x～y平面图，由于空气具有粘性的原因，从进风口进入的空气在周围空气的影响下，气流外围受到场内空气的干扰会发生流线方向的改变，最后到达出风口时垂直于进风口轴线上的气流面积大于出风口的面积 ，因此从进风口进入的空气在流经整个区域后，一部分在出风口被抽出，另一部分会沿着边界向四处流动，这就是在整个区域内形成涡流以及形成C、D、E、F、G、H区域的原因。比较图1～图3可以发现，轴线发生了横向偏移，而且方向不固定，60m3与90m3流量的流场偏移方向相反，150m3流量的流场偏移较小。流量越大，偏移的角度越小，从低流量到高流量这种偏移的趋势在减小。由于轴流线的偏转，形成了两个能量不同的涡流，使整个模拟区域左右两侧的气流组织造成很大的差别[9]。

3 改变入口入射角度对大空间空气品质的影响

采用二个进风口，一个出风口的通风方式，入口间距为6.0m，入口直径d1=0.60m，圆心距离地面的高度为h1=1.80m，出口直径d2=0.90m，圆心距离地面的高度d2=0.90m，出口流量90m3， 二个入口流量平均为45m3。入射气流沿水平方向，分别取入射角度为45°、60°和75°进行分析。图4-图6为入口间距均为6.0m入射角不同速度矢量图。

图4 入射角45°入口间距6. 0 m速度矢量图

图5 入射角60°入口间距6. 0 m速度矢量图

图6 入射角75°入口间距6. 0 m速度矢量图

图4入射角度过小，气流与壁面贴的太近，而且与左右边界发生较直接的碰撞，从云图中可以看出这造成能量的损失，使场内中心部分的空气流动效果不好。图5和图6两种入射角度的速度运图有些接近，但从速度场合速度云图分析，还是75°的入射角度的速度场和速度云图要好一些，速度高的区域覆盖面积角度大些。

4 不同间距不同入口入射角度对大空间空气品质的影响

采用二个进风口，一个出风口，入口直径d1=0.60m，圆心距离地面的高度为h1=1.8m，出口直径d2=0.90m，圆心距离地面的高度d2=0.90m，出口流量90m3，二个入口流量平均为45m3。 由于二个进风口组合射流的种类和角度较多，通过分析得知，为了使整个大空间的气流流动均匀，最好入射气流平行于水平方向。由于组合过多，下面仅对具有典型性的入射角度和进风口间距的组合进行分析。选取60°和75°两个入射角度和进风口间距为3.0、6.0m。检测面的高度选取z-x平面的入口圆心的高度。图7-图10分别为入射角度为60°和75°不同入口间距的速度矢量图。

图7 入口间距3.0 m入射角60°速度矢量图

图8 入口间距6.0 m入射角60°速度矢量图

图9 入口间距3.0 m入射角75°速度矢量图

图10 入口间距6.0 m入射角75°速度矢量图

通过图7-图10的速度矢量图分析比较，看出图7和图10两种情况整个区域流场流动均匀，比较合理。即入口间距为3.0m，入射气流与墙壁的夹角(锐角)为60°的情况及入口间距为6.0m，入射气流与墙壁的夹角(锐角)为75°，流场高速区域的覆盖面积较大，整体流场的扰动效果会相对好一些。

5 结束语

(1)风机流量越大，流场越稳定，排除有害气体的时间越短，但风机耗电大，可采用变频风机，既节省能源，又能在较短时间内置换有害气体。

(2)进风口入射角度的大小及进风口的间距直接影响整个流场的均匀性，通过比较得出，当入口间距为3.0m，入射角为60°和入口间距为6.0m，入射角为75°时的流场覆盖效果好，无死角，能及时清除舍内的有害气体，保证良好的空气品质。

[1] 孙建新. 降低鸡舍内有害气体的方法[J]. 山东畜牧兽医,2014,06:79.

[2] 宋海祥. 一例鸡慢性呼吸道疾病引发的思考[J]. 中国畜牧兽医文摘,2013,09:156.

[3] 王 芳,刘跃军,殷玉恒. 新型低温辐射电热膜供暖系统在寒冷地区的应用[J]. 应用能源技术,2007,01:13-15.

[4] 孙均安. 寒冷地区机械化养鸡场的通风设计[J]. 通风除尘,1989,03:42-46.

[5] 陈卓如,金朝明,王洪杰. 工程流体力学[M]. 北京:高等教育出版社,2004:75-195

[6] 王 芳,郭瑞倩,安志华,等. 空冷发电机定子三维温度场分布与试验对比[J]. 电机与控制学报,2013,12:46-50.

[7] 路义萍,丰 帆,孙明琦,等. 同步电机定子与气隙流场数值计算与分析[J]. 电机与控制学报,2011,08:47-51.

[8] 史 峰,徐 忠. k-ε两方程模型的改进及其应用[J]. 空气动力学学报,1991,02:260-264.

[9] 贾 杰，李静辉.林木风倒动态模型的建立与分析[J].森林工程，2013(4)：63-67+133.